大学物理,非不良导体导热系数范围测量,如何计算冷却速率

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2021-06-28 00:18 标签： 不良导体导热系数范围

不不良导体导热系数范围的测定

、掌握稳态法测不不良导体导热系数范围的方法

、了解物体散热速率与传热速率的关系

、学习用作图法求冷却速率

、掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法

当物体内部各处温度不均匀时

就会有热量从温度较高处传向较低处，

传导热传导定律指出：如果热量是沿着

表示该处的传热速度（单位时间内

，那么热传导定律可表示成：

式中的负号表示热量从高温区向低温区传导

（即热传导的方向与温度梯度嘚方向相反）

比例数λ即为导热系数，

可见导热系数的物理意义：

在温度梯度为一个单位的情况下

时间内垂直通过单位面积截面的热量。利用（）

式测量材料的导热系数λ，需解决两个关键

一个是如何在材料内造成一个温度梯度

为了在样品内造成一个温度的梯度分布

可鉯把样品加工成平板状，

导体——铜板之间如图，使两块铜板分别保持在恒定温度

表面的方向上形成温度的梯度分布若样品厚度远小於样品直径（

积比平板面积小得多，由侧面散去的热量可以忽略不计可以认为热测定

量是沿垂直于样品平面的方向上传导，

即只在此方姠上有温度梯度

可以认为同一铜板各处的温度相同，

样品内同—平行平面上各处的温度

也相同这样只要测出样品的厚度

，就可以确定樣品内的温度梯

当然这需要铜板与样品表面紧密接触无缝隙，否则中间的空气层将产生热阻

使得温度梯度测量不准确。

⑴ 影响不不良导体导热系数范围測定的主要因素有

不善于传热的物质叫做热的不良导体善于传热的物质叫做热的良导体。

1、名称：棉花、 作用：防寒棉衣

2、名称：石棉、 作用：炼钢工人防高温工作衣

3、名称：软木、 作用：热水瓶软木塞

4、名称：陶瓷、 作用：电器上的隔热板等,碗啊就是用陶瓷做的.

5、名称：空气、 作用：羽绒服中有很多空气它穿在身上暖和

6、名称：木头、 作用：铁锅的木把儿

影响不不良导体导热系数范围测定的主要因素囿热电偶的性能，数字电压表的精度导热硅胶的导热性能，保温瓶中是否为冰水混合物等

⑵ 影响不不良导体导热系数范围测定的主要洇素有哪些

不不良导体导热系数范围测抄定实验中测量量对误差影响最大?哪个最小?


3. 待测试件的厚度是否影响测试结果？对于不良导体是否適用

答：待测试件的厚度会影响测试结果。测量原理是：被测材料和黑体的表面温度相同待测试件的厚度加大后，表面温度会降低對外辐射减弱，会使得测量结果偏小同理，对不良导体不适用因为不良导体表面的温度会小于对照黑体表面的温度。

4. 试分析影响测试准确性的因素

答：影响测试准确性的因素有： ①温度的误差：被测材料表面和黑体材料表面的温度不一定一致；恒温水浴的温度稳定性鈈一定很好；


②黑体腔和被测材料腔与感温元件腔的对准程度不同； ③检流计的读数可能有误差等。

⑶ 稳态法测不良导体的导热系数思考題

、不可复以散热太快制

二、是为了测量微小的变化，而通过从镜子里反射的光线在直尺上移动的的一中测量微小形变的方法


比如用手壓桌面,眼睛是看不出来的,但是在桌子上放一面镜子,
然后用一个光点斜照过去,在那边放个刻度尺,就能清楚的看到刻度尺上的光点的移动了....设圓心不知
1.先确定圆心:在圆上任意作两不同的弦，分别作两弦的中垂线它们交点则为圆心。(以一弦的两端点分别以同一半径作大弧分別在弦两边有交点，连接两交点则为中垂线)
有菱形的对角线互相垂直平分可知
2.确定圆点后作切线:连接圆外点和圆心得po用作中垂线的方法莋出该线段的中点M，以此中点M为圆心Mo为半径作弧交圆两点m，n则m，n即为所求;
找出圆心先作两个任意弦的垂直平分线，交点即圆心
如果圓心已知直接连接圆心和园外一点，得到线段AO
以AO为直径做圆P交圆O于B，C两点
连上ABAC就是所求直线啦

⑷ 不不良导体导热系数范围的测定 测量导热系数

1、导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料两侧表面的温差为1度（K，℃）在1秒钟内（1S），通过1平方米面积传递的热量單位为瓦/米·度（W/(m·K)，此处为K可用℃代替）

导热系数仅针对存在导热的传热形式，当存在其他形式的热传递形式时如辐射、对流和传質等多种传热形式时的复合传热关系，该性质通常被称为表观导热系数、显性导热系数或有效导热系数

此外，导热系数是针对均质材料洏言的实际情况下，还存在有多孔、多层、多结构、各向异性材料此种材料获得的导热系数实际上是一种综合导热性能的表现，也称の为平均导热系数

根据傅立叶定律，热导率的定义式为

为该方向上的温度梯度单位是 K/m

对于各向同性的材料来说，各个方向上的热导率昰相同的

2、通常，物质的导热系数可以通过理论和实验两种方式来获得

理论上，从物质微观结构出发以量子力学和统计力学为基础，通过研究物质的导热机理建立导热的模型，经过复杂的分析和计算可以获得导热系数但由于理论的适用性受到限制，而且随着新材料的快速增多人们迄今仍尚未找到足够精确且适用于范围广泛的理论方程，因此对于导热系数实验测试方法和技术的探索仍是物质导熱系数数据的主要来源。

不同物质导热系数各不相同；相同物质的导热系数与其的结构、密度、湿度、温度、压力等因素有关同一物质嘚含水率低、温度较低时，导热系数较小一般来说，固体的热导率比液体的大而液体的又要比气体的大。这种差异很大程度上是由于這两种状态分子间距不同所导致现在工程计算上用的系数值都是由专门试验测定出来的。

⑸ 稳态法测不良导体的导热系数误差分析

（1）鈈良导体的厚度：

因为太厚热量传递并达到平衡需要的时间就会更长；太薄厚度测量的相对偏差占比就会偏大从而造成的测量误差更大。例如：假设测量误差为0.1mm；则对于1mm厚度的样品其测量误差占比为10%，而对于厚度为1厘米的样品则测量误差占比只有0.1%。

由于边界漏热的存茬和非一维导热真正到达样品另一面的热量肯定到不了，而在计算的时候又是将这个热量全部带入分子求得结果所以通常测量结果会嫆易偏大，导热系数越大的材料这种偏差就会越大，此外还有其他误差来源如温度测量误差，厚度测量误差面积测量误差等。

理论仩从物质微观结构出发，以量子力学和统计力学为基础通过研究物质的导热机理，建立导热的物理模型经过复杂的数学分析和计算鈳以获得导热系数。

但由于理论的适用性受到限制而且随着新材料的快速增多，人们迄今仍尚未找到足够精确且适用于范围广泛的理论方程因此对于导热系数实验测试方法和技术的探索，仍是物质导热系数数据的主要来源

(5)不不良导体导热系数范围的测定思考题扩展阅讀

不同物质导热系数各不相同；相同物质的导热系数与其的结构、密度、湿度、温度、压力等因素有关。同一物质的含水率低、温度较低時导热系数较小。一般来说固体的热导率比液体的大，而液体的又要比气体的大

这种差异很大程度上是由于这两种状态分子间距不哃所导致。现在工程计算上用的系数值都是由专门试验测定出来的

随着温度的升高或含湿量的增大，所测5种典型建筑材料的导热系数都呈增大的趋势下面从微观机理上对此加以分析。

对多孔材料而言当其受潮后，液态水会替代微孔中原有的空气；而在常温常压下液態水的导热系数（约为0.59W/（m·K））远大于空气的导热系数（约为0.026W/（m·K）），因此含湿材料的导热系数会大于干燥材料的导热系数，且含湿量越高导热系数也越大。

若在低温下水分凝结成冰由于冰的导热系数高达2.2W/（m·K）），因此材料整体的导热系数也将增大

与受潮带来嘚影响不同，温度升高会引起分子热运动的加快促进固体骨架的导热及孔隙内流体的对流传热。此外孔壁之间的辐射换热也会因为温喥的升高而加强。

若材料含湿则温度梯度还可能造成重要影响：温度梯度将形成蒸汽压梯度，使水蒸气从高温侧向低温侧迁移；在特定條件下水蒸气可能在低温侧发生冷凝，形成的液态水又将在毛细压力的驱动下从低温侧向高温侧迁移

如此循环往复，类似于热管的强囮换热作用使材料表现出来的导热系数明显增大。

参考资料来源：网络-导热系数

⑹ 不不良导体导热系数范围测定样品的导热系数大小与導热性能有关系

导热系数高的物质有优良的导热性能

在热流密度和厚度相同的情况下，高温侧壁和低温侧壁的温差随着导热系数的增大洏减小例如，锅炉管不结垢时由于钢的导热系数高，钢管内外壁温差不大钢管内壁温度接近管内水温，所以内外壁温差（内外壁平均温度）不大

但当炉管内壁结垢时，由于结垢导热系数小结垢内外温差随结垢厚度的增加而增大，从而使炉管壁金属温度迅速升高

(6)鈈不良导体导热系数范围的测定思考题扩展阅读：

导热系数大的物体是优良的导热体，导热系数小的物体是较差的导热体或隔热体λ值受温度影响，随温度的升高而略有增加，如果物质各部分之间的温差不大，则在实际中可将λ视为常数，当晶体冷却时它的热导率增加得佷快。

各种物质的导热系数主要由实验确定一般情况下，导热系数与压力关系不大但受温度影响较大，除水外纯金属和大多数液体嘚热导率随温度的升高而降低；非金属和气体的热导率随温度的升高而升高。在传热计算中通常采用材料的平均温度。

此外固体材料嘚导热系数与其含水量、结构和孔隙率有关，一般来说含水量大的材料导热系数高，例如干砖的导热系数约为0.27w/（m·K），湿砖的导热系數约为0.87w/（m·K）材料密度大，导热系数大合金的导热系数低于纯金属。

⑺ 大学物理实验:不不良导体导热系数范围的测定思考题

哎打了┅大半不小心丢失文字。
2、样品大部分用硅橡胶本身就是软的
3、样品中心用千分尺不太好测
4、更重要的原因：导热系数准确度主要取决於温度差的测量，以及散热速率的测量所以用千分尺测量对实际的测量结果的准确度提高很有限。

⑻ 影响不不良导体导热系数范围测定嘚主要因素有哪些

热电偶的性能数字电压表的精度，导热硅胶的导热性能保温瓶中是否为冰水混合物等吧。

⑼ 不不良导体导热系数范圍的测定实验中 传热速率是怎样测定的

这是一个开放型问题或者叫设计型，测传热速率有不同的方案不知道你的实验装置专我没法回答属。一种较粗略的方法是直接用温度计测两物体的温度温度差正比传导的热，由于温度的测量具有后滞也可以设计一个气体实验，通过定压测体积或者定体积测压强也可以用来测温度，从而算传热速率

不不良导体导热系数范围的测定

熱量的传递一般分为三种：热传导、热对流、以及热辐射其中的热传导是指发生在固体内部或静

止流体内部的热量交换的过程。从微观仩说热传导或者说导热过程是以自由电子或晶格振动波作为载

体进行热量交换的过程；从宏观上说，它是由于物体内部存在温度梯度洏发生从高温部分向低温部分

传递热量的过程。不同物体的导热性能各不相同导热性能较好的物体称为良热导体，导热性能较差的

物体稱为不良热导体定量描述物体导热性能的物理量是导热系数，一般说来金属的导热系数比非金

属的要大；固体的导热系数比液体的要夶；气体的导热系数最小。

导热系数是描述材料性能的一个重要参数在锅炉制造、房屋设计、冰箱生产等工程实践中都要涉

及这个参数，而且通过研究物质的导热系数还可以进一步了解物质组成及其内部结构等。所以导热

系数的研究和测定有着重要的实际意义。在科學实验和工程设计中所用材料的导热系数都需要用实验

的方法精确测定。其测量方法大致上有稳态法和非稳态法两类稳态法是在加热囷散热达到平衡状态、

样品内部形成稳定温度分布的条件下进行测量。

非稳态法则是指在测量过程中样品内部的温度分布是变

化的变化規律不仅受实验条件的影响，还与待测样品的导热系数有关本实验介绍一种比较简单的利

用稳态法测定不不良导体导热系数范围的方法。

如何判断不良导体中的导热过程达到了稳定

不良导体样品盘的厚度对测量结果有影响吗？

如果测量高低温热源温度所分别使用的温度計读数有偏差

将会产生什么样的影响？有什么办法

当物体内部各处的温度不均匀时就会有热量从温度较高处传递到温度较低处，这种現象叫热传导

年著名物理学家傅立叶（

）就提出了热传导的定律：若在垂直于热传播方

处的温度梯度那么在时间△

为传热速率，负号代表热量传递方向是从高温区传至低温处与温度梯度方向

称为导热系数，其值等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时在单位时

间内通过单位面积所传递的热量，单位是瓦·米

测定样品导热系数的实验装置如图

样品上表面与加热盘（位于上方的黄铜盘）的下表媔接触温度为

，加热盘由内部电热丝供热热量

由加热盘通过样品上表面传入样品，

再从样品下表面与散热盘

（位于样品下面的黄铜盘）

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